| 以文本方式查看主題 - 曙海教育集團(tuán)論壇 (http://www.022-oo.cn/bbs/index.asp) -- 單片機(jī)高級(jí) (http://www.022-oo.cn/bbs/list.asp?boardid=56) ---- 電源管理芯片應(yīng)用推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新討論 (http://www.022-oo.cn/bbs/dispbbs.asp?boardid=56&id=2252) |
| -- 作者：wangxinxin -- 發(fā)布時(shí)間：2010-12-8 10:25:46 -- 電源管理芯片應(yīng)用推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新討論 為了充分利用這一增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，飛思卡爾利用已經(jīng)建立在這一地區(qū)的設(shè)計(jì)中心和銷售辦事處，使自己處于十分有利的位置。例如，去年我們剛剛啟用了上海設(shè)計(jì)/應(yīng)用程序中心，使我們僅在中國一地的員工人數(shù)就超過3000人。這將為飛思卡爾的客戶提供快速、全面的系統(tǒng)級(jí)解決方案和應(yīng)用程序工程支持功能，以滿足消費(fèi)、工業(yè)和網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)中的模擬電源管理需求。 此外，飛思卡爾憑借其獲獎(jiǎng)的SMARTMOS技術(shù)位于模擬、混合信號(hào)和電源產(chǎn)品中的技術(shù)領(lǐng)先地位。飛思卡爾的SMARTMOS技術(shù)把高密度、高速邏輯電路與精確的模擬、高電壓和高電流功率電路相結(jié)合。這種技術(shù)和器件的結(jié)合優(yōu)勢(shì)能夠使飛思卡爾推出高性能的模擬和混合信號(hào)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的制造可提供可靠、有效和經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，以適應(yīng)電源管理市場(chǎng)。 芯片的集成度是其性能和價(jià)值的重要表現(xiàn)之一。為了進(jìn)一步增強(qiáng)在模擬市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，飛思卡爾的SMARTMOS技術(shù)可以將高密集度、高速邏輯和精密模擬、高電壓高電流的電源電路集成在一個(gè)芯片上。這種“智能集成”可以幫助開發(fā)出高度靈活的模擬產(chǎn)品，降低成本，減少設(shè)備空間和系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性。飛思卡爾擁有業(yè)內(nèi)最廣泛的8位微控制器系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品與電源管理集成電路一起形成封裝級(jí)的解決方案和單一芯片專用半導(dǎo)體產(chǎn)品(ASSP)。 飛思卡爾利用先進(jìn)的模擬技術(shù)和在汽車和手機(jī)市場(chǎng)上的成功經(jīng)驗(yàn)，正在擴(kuò)充其模擬產(chǎn)品系列，滿足高速增長(zhǎng)的新興市場(chǎng)和電子消費(fèi)品應(yīng)用的需求。為了充分利用這些機(jī)會(huì)，飛思卡爾正在重點(diǎn)推進(jìn)的技術(shù)研發(fā)工作包括：數(shù)碼相機(jī)的馬達(dá)控制和電源管理，普通及特殊應(yīng)用DC-DC轉(zhuǎn)換器，液晶顯示的LED（發(fā)光二極管）背光和電源管理，采用鋰離子電池供電的器件的電源管理解決方案，便攜式媒體播放器的電源管理，數(shù)據(jù)密集型計(jì)算、聯(lián)網(wǎng)和海量存儲(chǔ)應(yīng)用的電源管理，聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的以太網(wǎng)供電(PoE)產(chǎn)品。 由此可以看出，飛思卡爾在模擬產(chǎn)品開發(fā)、流程技術(shù)和設(shè)計(jì)資源方面正在進(jìn)行戰(zhàn)略性投資，希望抓住模擬市場(chǎng)迅速發(fā)展的這一機(jī)會(huì)。 飛思卡爾在下一代SMARTMOS技術(shù)上也進(jìn)行了大量投資，并正在利用該技術(shù)將數(shù)字、模擬和電源管理電路結(jié)合到面向電子消費(fèi)品市場(chǎng)的高度集成且極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案中。 安森美半導(dǎo)體亞太區(qū)電源管理部市場(chǎng)推廣經(jīng)理蔣家亮 電源管理芯片供應(yīng)商應(yīng)體現(xiàn)獨(dú)特價(jià)值 隨著電源管理電路的密度變得越來越小而性能變得越來越高，如果外部元件太多，則不能支持更多功能。例如，為了實(shí)現(xiàn)良好的待機(jī)性能，可能需要集成一定數(shù)量的運(yùn)算放大器和比較器來使脈寬調(diào)制(PWM)操作轉(zhuǎn)變至跳周期工作模式。這就是為什么高集成度也是電源管理應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)的原因。另外一個(gè)觀點(diǎn)是電源管理IC的成本。特別是在本世紀(jì)最初的這10年，電源管理技術(shù)的演進(jìn)極具挑戰(zhàn)性，每家半導(dǎo)體公司都積極努力地開發(fā)高性價(jià)比而內(nèi)部功能未被犧牲的電源管理IC。因此，我們可以想象出電源管理應(yīng)用的技術(shù)演進(jìn)將是朝高性價(jià)比和高性能方向發(fā)展。 從市場(chǎng)角度而言，電源管理芯片的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)了解市場(chǎng)演變趨勢(shì)、有關(guān)能效的國際標(biāo)準(zhǔn)以及重要客戶的專有規(guī)范及其背后的設(shè)計(jì)哲學(xué)(形狀、適應(yīng)性和功能等)，從而滿足特定應(yīng)用要求，例如美國蘋果公司就對(duì)產(chǎn)品訂立了嚴(yán)苛的規(guī)范要求。從技術(shù)角度而言，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)高密度的IC技術(shù)、高能效的電路模塊等，同時(shí)不損及IC對(duì)環(huán)境噪聲的免疫性能。 線性電源是一種比較簡(jiǎn)單的電源轉(zhuǎn)換器，將高輸入電壓轉(zhuǎn)換為低輸出電壓，而輸入電流等于輸出電流。線性電源的優(yōu)勢(shì)包括電路簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單直接、噪聲低、IC芯片尺寸小及靜態(tài)電流低，其劣勢(shì)則包括電源損耗較多、能效較低(僅達(dá)35%～50%)、變壓器重量較大、難以應(yīng)用在需要高能效的大功率或高密度電源中。 與線性電源不同，開關(guān)電源或開關(guān)穩(wěn)壓器重復(fù)切換“開”和“關(guān)”狀態(tài)，其能效高、重量輕，但開關(guān)電源的設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，整體解決方案外形較大，需要導(dǎo)通元件、電感、二極管和電容等，在電磁干擾噪聲、環(huán)路穩(wěn)定性等方面需要仔細(xì)處理，適合高能效和高密度電源設(shè)計(jì)。根據(jù)能量存儲(chǔ)元件的不同，開關(guān)電容主要包括電感升壓驅(qū)動(dòng)器和電荷泵/開關(guān)電容驅(qū)動(dòng)器這兩種類型。 某些新的高能效封裝技術(shù)也可能幫助實(shí)現(xiàn)更高密度，提高器件性能。例如，QFN（四方無引腳扁平封裝）或DFN（雙側(cè)引腳扁平封裝）封裝已經(jīng)展示出它們?cè)诟呙芏仍O(shè)計(jì)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。這些封裝提供良好的熱性能，使得熱量可以從封裝本身擴(kuò)散至PCB布線區(qū)域，這樣一來，一方面可以保持設(shè)計(jì)的尺寸最小，另一方面能夠消除體積較大的散熱片。此外，在諸如低壓MOSFET這樣的應(yīng)用中，新的扁平引線技術(shù)能夠在MOSFET上實(shí)現(xiàn)體積更小的封裝及更高的密度，與此同時(shí)能夠免除使用寄生元件(雜散電感和電容)，這將幫助消除某些外部緩沖器電路，從而減少元件數(shù)量，實(shí)現(xiàn)更高能效。
展望中國電源管理市場(chǎng)未來幾年的發(fā)展，我們認(rèn)為消費(fèi)電子(如液晶電視和白家電)以及電信等應(yīng)用領(lǐng)域可為電源管理IC帶來廣闊的發(fā)展空間。安森美半導(dǎo)體提供高性能的解決方案，用于這些領(lǐng)域。 美信集成產(chǎn)品公司 新型封裝技術(shù)提升LDO性能 不同的系統(tǒng)對(duì)電源有不同的要求，為了發(fā)揮系統(tǒng)的最佳性能，需要選擇最適合的電源管理方式，比如線性電源、開關(guān)電源及電荷泵等。三種電源轉(zhuǎn)換器中，線性穩(wěn)壓器的局限性表現(xiàn)在其輸出電壓只能低于輸入電壓；開關(guān)電源最為通用，能夠提供升壓、降壓以及極性相反的輸出；電荷泵同樣可提供升壓、降壓、極性相反的輸出，但其輸出電流有限。 線性穩(wěn)壓器利用一個(gè)有源調(diào)整元件(雙極型晶體管或MOSFET)將輸入電壓降低至穩(wěn)定的輸出電壓，其中低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)在最近幾年的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛。壓差指維持輸出穩(wěn)定所需要的最小電壓差(輸入和輸出之間)，壓差在1V以內(nèi)的調(diào)節(jié)器稱為L(zhǎng)DO，但現(xiàn)在典型的調(diào)節(jié)器具有100mV至300mV的壓差。線性穩(wěn)壓器的輸入電流接近于輸出電流，可以用輸出電壓與輸入電壓的比估算它的效率。如果輸出電壓非常接近輸入電壓，線性穩(wěn)壓器就可提供較高的轉(zhuǎn)換效率，如果輸入電壓高出輸出電壓很多，或者它在很寬的范圍內(nèi)變動(dòng)，就很難獲得比較高的轉(zhuǎn)換效率。線性穩(wěn)壓器具有小尺寸、低成本、低噪聲等特點(diǎn)，而且使用非常簡(jiǎn)單，因此，在電壓、電流條件適當(dāng)時(shí)應(yīng)盡可能選用線性穩(wěn)壓器。除此之外LDO還可作為一道屏障來隔離開關(guān)調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲，這時(shí)，LDO的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。 與線性穩(wěn)壓器相比，開關(guān)電源占用更大的電路板面積(不考慮線性穩(wěn)壓的散熱片)，成本更高，所產(chǎn)生的噪聲也較大。而在最近幾年開關(guān)電源的普及率卻大大提高了，其主要原因是開關(guān)電源在不同輸入電壓、不同負(fù)載電流條件下能夠提供很高的轉(zhuǎn)換效率，升壓、降壓型開關(guān)電源效率可達(dá)96%，當(dāng)然，降壓型開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率可能更高一些。用電荷泵同樣可實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換，但該類芯片所能提供的負(fù)載電流有一定的局限性。LDO的主要缺陷是效率較低，特別是為低壓電路供電時(shí)效率問題更加突出。由于在新型手機(jī)內(nèi)部集成了PDA功能或上網(wǎng)功能，要求處理器的數(shù)據(jù)處理能力、運(yùn)算能力更加強(qiáng)大，為了降低功耗，處理器的核電壓不斷降低，從1.8V降到了0.9V。為了降低電池?fù)p耗，要求采用高效的降壓型轉(zhuǎn)換器為處理器核供電。設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素有：低成本、小尺寸、高效率、低靜態(tài)(待機(jī))電流和快速瞬態(tài)響應(yīng)。為解決上述問題不僅需要豐富的模擬設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，還需要一定的獨(dú)創(chuàng)能力。就目前來說，只有少數(shù)領(lǐng)先的模擬半導(dǎo)體制造商能夠提供SOT23封裝、具有1MHz以上開關(guān)頻率、允許選用微小外部電感和電容元件的降壓轉(zhuǎn)換器。 當(dāng)前，很多產(chǎn)品(如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等)傾向于將電源管理功能集成在單芯片上，用于射頻、功放的LDO和用于LED驅(qū)動(dòng)的DC-DC電源的功能都可以在同一塊PMIC(電源管理集成電路)中得以實(shí)現(xiàn)。 多年以來，SOT23封裝的150mALDO是分立電源的最佳選擇。目前，一些IC采用新型封裝、新型亞微米處理工藝和先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案，能夠以更小的尺寸提供更高的性能。SOT23封裝的LDO可以提供300mA輸出電流或在SOT23封裝內(nèi)集成兩路150mALDO；尺寸更小的SC70封裝內(nèi)可以集成120mA的LDO并提供超低噪聲。此外，更為先進(jìn)的芯片級(jí)封裝提供最小的封裝尺寸，而QFN封裝則允許在3mm×3mm面積內(nèi)裝入最大的晶片尺寸并提供更高的導(dǎo)熱能力。因此，QFN封裝可以集成更高電流的LDO或在每封裝中集成更多數(shù)量的LDO，從而縮小了分立方案與PMIC之間的差異。 凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理TonyArmstrong 集成電源管理功能降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn) 線性低壓差穩(wěn)壓器被認(rèn)為是形式最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓器，由于其固有DC電壓轉(zhuǎn)換的原因，它只能把輸入電壓降至一個(gè)較低的數(shù)值。它最為明顯的缺陷在于其熱管理性能方面，原因是其轉(zhuǎn)換效率可以被近似為輸出電壓與輸入電壓之比。例如：假設(shè)一個(gè)可從單節(jié)鋰離子電池的3.6V標(biāo)稱電壓來提供1.8V輸出電壓(在200mA電流條件下)的LDO，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)圖像處理器，轉(zhuǎn)換效率僅為50%，因而在蜂窩電話的內(nèi)部產(chǎn)生了熱點(diǎn)，并縮短了電池的運(yùn)行時(shí)間。雖然在輸入和輸出電壓相差較大時(shí)會(huì)出現(xiàn)上述情形，但在該電壓差很小的時(shí)候，情況就不是這樣了。例如：當(dāng)從1.5V降壓至1.2V時(shí)，轉(zhuǎn)換效率將為80%。
線性穩(wěn)壓器和傳統(tǒng)型開關(guān)穩(wěn)壓器的折中方案是充電泵。當(dāng)采用充電泵時(shí)，外部存儲(chǔ)元件是電容器，而不是電感器。由于沒有電感器，因此將緩解有可能干擾敏感的RF接收器或藍(lán)牙芯片組的任何潛在電磁干擾問題。不過，潛在的不足之處是有限的輸入/輸出電壓比和有限的輸出電流能力。 因此，對(duì)于設(shè)計(jì)師而言，是選擇線性穩(wěn)壓器還是開關(guān)穩(wěn)壓器并不是一件可以簡(jiǎn)單決定的事情。要做出這個(gè)決定，將不得不考慮諸多的因素，例如噪聲問題、空間約束條件、轉(zhuǎn)換效率和熱考慮。幸運(yùn)的是，目前市面上已經(jīng)有了眾多不同類型的穩(wěn)壓器，于是，所有設(shè)計(jì)師必須完成的工作就是根據(jù)其獨(dú)特的系統(tǒng)約束條件進(jìn)行抉擇。這些工作是按照常規(guī)程序進(jìn)行的。 許多電源管理芯片廠商所開發(fā)的規(guī)模龐大且復(fù)雜的電源管理IC常常是專為某家單一大客戶而定制的，凌力爾特公司認(rèn)為，這種方法需要在性能上做出某些讓步，并會(huì)由于開發(fā)周期漫長(zhǎng)而蒙受巨大的商業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，這樣的策略與我們所服務(wù)的瞬息萬變的市場(chǎng)是不相適應(yīng)的。 凌力爾特采取了一種不同的方法，并開發(fā)出了一個(gè)新的IC產(chǎn)品線，該產(chǎn)品系列實(shí)現(xiàn)了“有意義的集成”，旨在整合電池供電型便攜式設(shè)備中所有難以實(shí)現(xiàn)的功能。大多數(shù)電池供電型手持式產(chǎn)品一般均能夠從一個(gè)AC適配器、一根通用串行總線(USB)電纜或單節(jié)鋰離子/鋰聚合物電池來供電；然而，對(duì)這些電源之間的電源通路控制進(jìn)行管理卻提出了一項(xiàng)重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。直到最近，設(shè)計(jì)師們一直試圖采取“分立”的方式來執(zhí)行該功能，但其間遇到了有可能引發(fā)重大系統(tǒng)問題的熱插拔和大浪涌電流等可怕的難題。 顯然，在大多數(shù)電池供電型手持式產(chǎn)品內(nèi)部存在著共同的特點(diǎn)和功能，可采用實(shí)現(xiàn)了“有意義集成”的PMIC，而不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴捎脝我痪A生產(chǎn)工藝來制造IC導(dǎo)致的常見性能折中。凌力爾特公司近期推出了該門類中的下一代產(chǎn)品――― LTC35xx系列，該系列代表了面向這些應(yīng)用的全新器件性能和功能水平。 TDK(中國)投資有限公司營業(yè)促進(jìn)部經(jīng)理富田裕文 力求產(chǎn)品小型化以減少耗電 電源電路技術(shù)屬于模擬電路技術(shù)，其方向性與數(shù)字技術(shù)不同。數(shù)字技術(shù)的處理電壓為低電壓，不容易受安全規(guī)格等的制約，容易實(shí)現(xiàn)集成化；而電源電路的輸入電壓為交流100V～240V，在安全要求方面，由于受到沿面距離(爬電距離)的規(guī)定制約和干擾方面的規(guī)定限制，難以實(shí)現(xiàn)集成化。 另外，電源管理電路成本要求較高，所以多數(shù)人并不愿意接受隨意實(shí)行集成化的要求。但由于機(jī)器小型化的需求絲毫不減，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IC(集成電路)和FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的一體化。從裝配角度而言，作為SMD(表面貼裝)的部件，在鋁電路板上需要裝配部件，用樹脂固型，繞線，電容、半導(dǎo)體、電阻等部件的集成化成了必然的趨勢(shì)。 一般說來，為實(shí)現(xiàn)小型化，開關(guān)電源電路的高頻率化是發(fā)展方向，但存在干擾、效率差等難以突破的難題。特別在變壓器必須高頻率化的前提下，在研討電源控制芯片的小型化時(shí)，必須和變壓器廠家協(xié)商好。 電源電路中使用具有壽命極限的電解電容器。電解電容器容易受熱的影響，需要采用不易受熱源影響的配置。目前正在采用3DCAD(三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))和熱模擬器技術(shù)，以指導(dǎo)研制出更好的配置，并將其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。 關(guān)于變壓器，TDK公司正在致力于小型化、薄型化的新產(chǎn)品開發(fā)。TDK正著手改良磁芯的材質(zhì)、研討薄型產(chǎn)品構(gòu)造，改善發(fā)熱現(xiàn)象的負(fù)面影響，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行綜合評(píng)估，整體推動(dòng)開發(fā)的進(jìn)程。今后，為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的小型化，越來越需要將熱分析、裝配配置等作為考慮的因素。 TDK擁有鐵氧體這種材料，可實(shí)現(xiàn)從材料到生產(chǎn)出變壓器成品。現(xiàn)在，TDK公司正在開發(fā)各種用途的鐵氧體材料，針對(duì)不同的用途，提供各具特色的產(chǎn)品。特別是在平板電視中使用了諧共振電路，電力浪費(fèi)較少(低發(fā)熱)的磁芯材料有望發(fā)揮其應(yīng)有的功能。公司雖然擁有PC47材質(zhì)，但為了進(jìn)一步減少電力損失，正在謀求把傳統(tǒng)的EER35形狀的產(chǎn)品尺寸縮減成EER28L尺寸，以期在小型化方面進(jìn)一步拉開與其他產(chǎn)品的差距。 隨著變壓器生產(chǎn)發(fā)展到自動(dòng)化繞線階段，產(chǎn)品的特性差異逐步縮小。通過自動(dòng)化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的穩(wěn)定供給，減少了人為因素對(duì)品質(zhì)和成本方面造成的影響。 TDK是針對(duì)變壓器的特性要求進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，所以構(gòu)筑起一種體制，就是面對(duì)所有顧客都一律確保在較短交貨期內(nèi)提供設(shè)計(jì)上達(dá)到最佳性能的變壓器產(chǎn)品，并提供設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)服務(wù)和包括電路方面的支援服務(wù)體制。
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